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Die Erfindung betrifft ein Computer-Tomographiegerät (CT-Gerät) zur Bilderzeugung
mittels durch ein Untersuchungsobjekt hindurchgetretener (d. h.
direkt transmittierter) Strahlung, sowie mittels von dem Untersuchungsobjekt
gestreuter Strahlung.
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Ein solches CT-Gerät ist zum
Beispiel aus der
EP 1 127 546 bekannt.
Es umfasst im wesentlichen eine Strahlenquelle zur Erzeugung eines
ein Untersuchungsobjekt durchsetzenden Strahlenfächers sowie eine zweidimensionale
Detektoranordnung aus einer Vielzahl von einzelnen Detektorelementen,
die in Zeilen und Spalten entsprechend der Länge bzw. Breite des Querschnitts
des Strahlenfächers
angeordnet sind. Dabei ist die Anzahl der Spalten im allgemeinen
wesentlich größer, als
die Anzahl der Zeilen, und die Detektoranordnung hat in Richtung
der Länge
eine wesentlich größere Ausdehnung,
als in Richtung der Breite des Querschnitts des Strahlenfächers.
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Der Öffnungswinkel des Strahlenfächers in Richtung
seiner Breite (d. h. senkrecht zu seiner Fächerebene) kann durch Blendenanordnungen
verändert
werden. Wenn sowohl die durch das Untersuchungsobjekt hindurchgetretene
(transmittierte) Strahlung, als auch die von dem Objekt gestreute Strahlung
erfasst werden soll, so wird eine Blendenanordnung gewählt, die
zu einer relativ geringen Fächerbreite
führt.
In diesem Fall wird die direkt transmittierte Strahlung im wesentlichen
durch die mittlere Zeile der Detektoranordnung erfasst, während die Streustrahlung,
die zu beiden Seiten aus der Fächerebene
herausgerichtet ist, auf die äußeren Detektorzeilen
fällt.
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Zur Optimierung des Impulsübertragungsspektrums
ist ferner zwischen dem Untersuchungsobjekt und der Detektoranordnung
eine Kollimator-Anordnung aus einer Vielzahl von Lamellen vorgesehen,
die den Strahlenfächer
so in eine Anzahl von Abschnitten unterteilen, dass die in einer
Spalte befindlichen Detektorelemente von transmittierter und gestreuter
Strahlung aus dem gleichen Abschnitt des Untersuchungsobjektes getroffen
werden.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass
die Erfassung der Streustrahlung insbesondere mit denjenigen Detektorzeilen,
die an die mittlere(n) Zeile(n) angrenzen, durch Übersprechen
aufgrund des Einfalls der bei bestimmten Untersuchungsobjekten wesentlich
intensiveren transmittierten Strahlung gestört wird. Dieses Problem kann
insbesondere dann von Nachteil sein, wenn Detektoranordnungen mit
relativ geringer Breite, wie sie in bekannten CT Geräten zum
Teil enthalten sind, verwendet werden.
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Wenn darüber hinaus einzeilige Detektoranordnungen
verwendet werden, ist eine Erfassung der Streustrahlung mit solchen
CT-Geräten
im allgemeinen gar nicht mehr möglich.
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Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt,
besteht deshalb darin, ein CT-Gerät der eingangs genannten Art
zu schaffen, mit dem die durch ein Untersuchungsobjekt gestreute
Strahlung zumindest weitgehend unbeeinflusst von einer durch das Untersuchungsobjekt
hindurchgetretenen (d. h. transmittierten) Strahlung erfasst werden
kann.
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Weiterhin soll mit der Erfindung
ein CT-Gerät geschaffen
werden, mit dem die von einem Untersuchungsobjekt gestreute Strahlung
auch bei Anwendung einer Detektoranordnung mit nur einer oder wenigen
Detektorzeilen zumindest weitgehend unbeeinflusst von einer durch
das Objekt hindurchgetretenen Strahlung erfasst werden kann.
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Schließlich soll mit der Erfindung
auch ein CT-Gerät
geschaffen werden, mit dem bei Anwendung einer mehrzeiligen Detektoranordnung
gleichzeitig transmittierte und Streustrahlung (CT bzw. CSCT-Betrieb)
erfasst werden kann, ohne dass die Messung der Streustrahlung durch
ein Übersprechen der
transmittierten Strahlung wesentlich beeinträchtigt wird.
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Gelöst wird die Aufgabe gemäß Anspruch
1 mit einem Computer-Tomographiegerät mit einer Strahlenquelle,
einer Detektoranordnung und einer Einrichtung, mit der eine durch
ein Untersuchungsobjekt hindurchgetretene (transmittierte) Strahlung
zumindest in dem Maße
ausblendbar ist, dass ihre auf die Detektoranordnung fallende Intensität die Intensität einer
von dem Untersuchungsobjekt gestreuten und auf die Detektoranordnung
fallenden Strahlung nicht wesentlich übersteigt.
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Dabei hat sich gezeigt, dass das
Ausmaß der erforderlichen
Ausblendung im wesentlichen von der Qualität der Detektoranordnung und
insbesondere von deren Übersprechdämpfung sowie
von der gewünschten
Bildqualität
abhängig
ist. Je geringer das Übersprechen
zwischen benachbarten Detektorelementen bzw. Detektorzeilen und
je geringer die Anforderungen an die Bildqualität sind, desto geringer kann
auch das Ausmaß der
genannten Ausblendung festgelegt werden.
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Ein besonderer Vorteil dieser Lösung besteht darin,
dass zur gleichzeitigen Erfassung von transmittierter und gestreuter
Strahlung auch Detektoranordnungen verwendet werden können, die
im Hinblick auf ihre Übersprech-Eigenschaften
keine hohen Anforderungen erfüllen,
so dass sich auch die Möglichkeit
von Kosteneinsparungen eröffnet.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass
aus der
US 6,175,117 eine
Gewebe-Analysevorrichtung bekannt ist, die zur Analyse von Substanzen
in der Brust eine einen Strahl formende Einrichtung sowie einen
Detektor zur Erfassung von durch die Brust hindurchgetretener und
gestreuter Strahlung aufweist, wobei vor dem Detektor auch ein Filter
mit einer Anzahl von für
die Strahlung durchlässigen
und die Strahlung absorbierenden Bereichen vorgesehen ist. Abgesehen
davon, dass es sich hierbei nicht um ein Computer-Tomographiegerät handelt,
ist diese Filterstruktur für
eine relativ großflächige Detektoranordnung
vorgesehen, mit der die erfindungsgemäße Problematik nicht gelöst werden
kann, so dass diese Druckschrift nicht als einschlägig angesehen
wird.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung zum Inhalt.
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Die Ausführungen gemäß den Ansprüchen 2 und 7 haben den Vorteil,
dass bei geeigneter Dimensionierung der Detektoranordnung die transmittierte und
die gestreute Strahlung auch gleichzeitig erfasst werden können.
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Die Ausführung gemäß Anspruch 3 stellt eine besonders
kostengünstige
Lösung
dar.
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Die Ausführungen gemäß den Ansprüchen 4 und 6 können mit
relativ geringem Aufwand auch nachträglich in vorhandenen Computer-Tomographiegeräten realisiert
werden.
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Mit den Ausführungen gemäß den Ansprüchen 5 und 9 kann eine Messung
der Streustrahlung unter verschiedenen Winkeln zu einem Untersuchungsobjekt
vorgenommen werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 schematisch
die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen CT-Gerätes;
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2 eine
erste Ausführungsform
der Erfindung;
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3 eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
vierte Ausführungsform
der Erfindung; und
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6 eine
fünfte
Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen CT-Gerätes. Das
Gerät umfasst
eine Gantry 1, die mit einem ersten Motor 2 um
eine Rotationsachse 14 gedreht werden kann. An dem Umfang
der Gantry 1 ist eine Strahlenquelle S, zum Beispiel eine
Röntgenstrahlenquelle,
mit einem ersten Kollimator 31 befestigt, mit dem ein Strahlenbündel 41 (Primärstrahlung)
erzeugt werden kann. Nachdem dieses Strahlenbündel 41 durch den
Untersuchungsbereich, in dem sich ein Untersuchungsobjekt 13 befindet,
hindurchgetreten und/oder in diesem gestreut worden ist, trifft
es auf einen zweiten Kollimator 32 sowie eine Detektoranordnung 16.
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Die Detektoranordnung 16 setzt
sich aus einer Mehrzahl von Detektorelementen zusammen, die in Form
einer Matrix mit mindestens einer Zeile und einer Vielzahl von Spalten
angeordnet sind. Die Detektorzeilen erstrecken sich dabei in Umfangsrichtung
der Gantry 1, während
die Spalten senkrecht dazu verlaufen. Die Detektoranordnung l6 und
der zweite Kollimator 32 sind ebenfalls an der Gantry 1 befestigt.
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Das Untersuchungsobjekt 13 kann
mit Hilfe eines zweiten Motors 5 in Richtung der Rotationsachse 14 der
Gantry verschoben werden.
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Mit einer ersten Antriebseinheit 31a kann
der erste Kollimator 31 oder die Strahlenquelle S in einer Richtung
senkrecht zu der Ebene der Gantry 1 verfahren werden. Alternativ
oder zusätzlich
dazu ist eine zweite Antriebseinheit 32a vorgesehen, mit
der der zweite Kollimator 32 und die Detektoranordnung 16 ebenfalls
in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Gantry 1 verfahren
werden können.
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Zur Ansteuerung der Motoren 2, 5 und
der Antriebseinheiten 31a, 32a dient eine Steuereinheit 7,
die wiederum mit einem Bildverarbeitungsrechner 10 verbunden
ist. Die Detektoranordnung 16 ist ebenfalls mit diesem
Rechner 10 verbunden, der die Detektorsignale verarbeitet
und auf einem Monitor 11 ein Bild des Untersuchungsobjektes 13 erzeugt.
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Wie in 1 weiter
zu erkennen ist, wird mit der Strahlenquelle S und dem ersten Kollimator 31 ein
fächerförmiges Strahlenbündel 41 (Strahlenfächer) erzeugt.
Der Öffnungswinkel
des Strahlenfächers
in der Ebene der Gantry 1 und die Länge der Detektoranordnung 16 in
Umfangsrichtung der Gantry 1 sind vorzugsweise so aufeinander
abgestimmt, dass die Detektoranordnung 16 über ihre
gesamte Länge
ausgeleuchtet werden kann. Die Breite des Strahlenfächers in
der Richtung senkrecht zu der durch den Öffnungswinkel aufgespannten
Fächerebene
ist demgegenüber
wesentlich kleiner und vorzugsweise so bemessen, dass sie eine oder
nur wenige Detektorzeilen der Detektoranordnung 16 abdeckt.
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Alternativ dazu kann die Strahlenquelle
S und der erste Kollimator 31 auch so dimensioniert sein,
dass ein konusförmiges
Strahlenbündel
erzeugt wird.
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Zur Optimierung des Impulsübertragungsspektrums
kann auch hier, ebenso wie es in der eingangs genannten
EP 1 127 546 erläutert ist,
zwischen dem Untersuchungsobjekt
13 und der Detektoranordnung
16 eine
Kollimator-Anordnung in Form einer Vielzahl von Lamellen vorgesehen
sein, die das Strahlenbündel
41 so
in eine Anzahl von Abschnitten unterteilen, dass die in einer Spalte
befindlichen Detektorelemente von transmittierter und gestreuter Strahlung
aus dem gleichen Abschnitt des Untersuchungsobjektes
13 getroffen
werden. Die Druckschrift
EP 1
127 546 soll deshalb durch Bezugnahme zum Bestandteil dieser
Beschreibung gemacht werden.
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Die 2 bis 4 zeigen Seitenansichten
in einer Richtung parallel zu der Ebene der Gantry 1 (d.
h. im wesentlichen auch parallel zu der Ebene des Strahlenfächers 41).
In diesen Darstellungen sind schematisch die Strahlenquelle S, der
erste Kollimator 31, das Untersuchungsobjekt 13,
der zweite Kollimator 32 sowie die Detektoranordnung 16 gezeigt.
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Wie in 2 ferner
zu erkennen ist, wird bei der ersten Ausführungsform der Erfindung die
direkt durch das Untersuchungsobjekt 13 hindurchgetretene
(transmittierte) Strahlung 41a durch einen zentralen Bereich 321 des
zweiten Kollimators 32 vollständig blockiert, so dass sie
nicht mehr auf die Detektoranordnung 16 trifft. Die durch
das Untersuchungsobjekt 13 hervorgerufene Streustrahlung 41b kann
hingegen durch seitlich des zentralen Bereiches 321 liegende Öffnungen
in dem zweiten Kollimator 32 ungehindert die Detektoranordnung 16 erreichen.
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Mit der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform
wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die Detektoranordnung 16 und
der zweite Kollimator 32 (sofern dieser erforderlich ist)
gegenüber
der in 2 gezeigten (zentralen)
Stellung seitlich, das heißt
in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Gantry 1 und damit
zur Ebene des Strahlenfächers 41 verschoben sind,
und zwar in dem Maße,
dass die transmittierte Strahlung 41a seitlich an der Detektoranordnung 16 vorbeigerichtet
ist und/oder auf einen für
diese Strahlung undurchlässigen
Bereich des zweiten Kollimators 32 fällt. Die aus dem Untersuchungsobjekt 13 getretene
Streustrahlung 41b trifft durch eine entsprechende Öffnung in
dem zweiten Kollimator 21 auf die Detektoranordnung 16.
Die Verschiebung des zweiten Kollimators 32 und der Detektoranordnung 16 kann über die
Steuereinheit 7 und die zweite Antriebseinheit 32a schrittweise
vorgenommen werden, um Streustrahlung 41b mit unterschiedlichen
Streuwinkeln zu erfassen und auszuwerten.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform wird hingegen der
erste Kollimator 31 gegenüber der in den 2 und 3 gezeigten
(zentralen) Stellung in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Gantry 1 verschoben,
während
der zweite Kollimator 32 und die Detektoranordnung 16 in
ihrer in 2 gezeigten Stellung
verbleiben, so dass die transmittierte Strahlung 41a das
Untersuchungsobjekt l3 in zu der Ebene der Gantry 1 schräger Richtung
durchläuft
und dadurch nicht auf die Detektoranordnung 16 gerichtet ist.
Die Streustrahlung 41b trifft jedoch wiederum durch eine
entsprechende Öffnung
in dem zweiten Kollimator 32 auf die Detektoranordnung 16.
Zur Erfassung und Auswertung von Streustrahlung 41b mit unterschiedlichen
Streuwinkeln kann der erste Kollimator 31 über die
Steuereinheit 7 und die erste Antriebseinheit 31a wiederum
schrittweise in der genannten Richtung verfahren werden. Alternativ
dazu kann anstelle des ersten Kollimators 31 auch die Strahlenquelle
S in entgegengesetzter Richtung verfahren werden.
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Mit diesen drei Ausführungen
kann sowohl mit einer einzeiligen als auch mit einer mehrzeiligen Detektoranordnung 16 die
erzeugte Streustrahlung 41b unbeeinflusst erfasst und ausgewertet
werden.
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Die in den 2 bis 4 dargestellten
Prinzipien, mit denen die transmittierte Strahlung 41a blockiert
und nur die Streustrahlung 41b auf die Detektoranordnung 16 gerichtet
wird, kann im Bedarfsfall auch in der Weise umgekehrt werden, dass
die Streustrahlung 41b zumindest weitgehend blockiert wird
und die transmittierte Strahlung 41a auf die Detektoranordnung 16 trifft.
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Wenn jedoch die transmittierte Strahlung
und die Streustrahlung gleichzeitig erfasst werden sollen, so wird
vorzugsweise die in 2 gezeigte
erste Ausführungsform
entsprechend der Darstellung in 5 oder 6 abgewandelt.
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Die 5 und 6 zeigen eine gegenüber der 2 vergrößerte Seitenansicht auf einen
Teil einer Detektoranordnung 16 mit mehreren Detektorzeilen in
einer Richtung parallel zu der Ebene des Strahlenfächers 41.
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Bei der vierten und fünften Ausführungsform gemäß den 5 und 6 Blockiert der zentrale Bereich 321 des
zweiten Kollimators 32 im Unterschied zu der ersten Ausführungsform
gemäß 2 die transmittierte Strahlung 41a nicht
vollständig,
sondern lässt
diese teilweise hindurch, so dass deren Intensität nur so stark ist, dass die
Erfassung der gestreuten Strahlung 41b nicht durch ein Übersprechen der
transmittierten Strahlung 41a in benachbarte Detektorzeilen
beeinträchtigt
oder gestört
wird.
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Der zentrale Bereich 321 des
zweiten Kollimators 32 weist zu diesem Zweck bei der vierten Ausführungsform
gemäß 5 ein die Strahlung absorbierendes
Material mit entsprechender Dicke auf.
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Bei der fünften Ausführungsform gemäß 6 weist der zentrale Bereich 321 des
zweiten Kollimators 32 eine Öffnung in Form eines schmalen Spaltes
oder Schlitzes auf, durch den nur ein Teil der Strahlung hindurchtreten
kann.
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Bei der Bemessung des Absorptionsvermögens des
zentralen Bereiches 321 bzw. der Breite und Länge der Öffnung in
diesem Bereich 321 ist zu berücksichtigen, dass die Intensität der transmittierten
Strahlung 41a in Abhängigkeit
von der Objektdichte um den Faktor 10 bis 1000 höher sein kann, als die Intensität der Streustrahlung 41b.
Die Dämpfung
der transmittierten Strahlungsintensität sollte vorzugsweise ebenfalls
in dieser Höhe
liegen, so dass die transmittierte Strahlung 41a und die
Streustrahlung 41b mit etwa gleicher Intensität auf die
Detektoranordnung 16 fallen.
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Im Bedarfsfall ist natürlich auch
dieses Prinzip umkehrbar, wenn der zentrale Bereich 321 im Strahlengang
der Streustrahlung angeordnet wird, um aus bestimmten Gründen die
Streustrahlung 41b gegenüber der transmittierten Strahlung 41a zu dämpfen.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass die Möglichkeit
eröffnet
wird, bei der Untersuchung eines Objektes zwischen der Bilderzeugung
und -auswertung anhand der transmittierten Strahlung (CT-Betrieb)
und der Bilderzeugung und -auswertung anhand der kohärenten Streustrahlung (CSCT-Betrieb)
umzuschalten. Damit können
wesentlich bessere Untersuchungsergebnisse erzielt werden. Dies
betrifft sowohl die medizinische Diagnose, als auch Materialuntersuchungen.